专利名称：适用于多频带无线通信装置中的射频耦合器装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及信号耦合器，更特别是涉及适用于诸如双频带无线电话之类的多频带无线通信装置中的射频(RF)耦合器装置。
一个双频带无线电话能够工作在两个通信系统中，每个系统具有不同的频带特征。一个现有的双频带无线电话操作在通过在从890MHz到915MHz("GSM900")频带中发射RF信号的全球移动电话标准(GSM)数字系统中以及通过在从1710MHz到1785MHz ("GSM 1800")的频带中发射RF信号的GSM1800数字系统中。另一个现有的双频带无线电话操作在通过在从824MHz到849MHz ("AMPS800")的频带中发射RF信号的高级移动电话业务(AMPS)模拟系统中以及通过在从1850MHz到1910MHz("TDMA1900"或"D-AMPS1900")的频带中发射RF信号的1900MHz时分多址(TDMA)IS-136数字系统中。
双频带无线电话的现有技术的发射机电路100表示在
图1中。该发射机电路100包括RF功率放大器102以便放大在天线处传输的第一频带TX频带1中的RF信号，和RF功率放大器103以便放大在天线处传输的第二频带TX频带2中的RF信号。为了测量发射的RF信号的功率电平，发射机电路100利用具有两个分开的传输线耦合结构106和107的RF耦合器装置104，这两个耦合结构在求和点108经RF功率检测器109的各自的检测二极管110和111并行地耦合。每一耦合结构106与107具有一个耦合器(即，耦合器112与113)和一个端接装置(即，端接装置114与115)。RF功率检测器109输出一个RF检测信号，其具有与RF功率放大器102或103输出的RF信号的幅度有关联的一个幅度。该RF检测信号用于控制功率电平，在该功率电平处双频带无线电话进行发射。
RF耦合器装置104要求RF功率检测器109包括每一耦合结构的一个检测二极管。可以理解，当双频带无线电话是便携式或手持式的时，一个重要的目的是使组件数目最小化。通过把求和点108移到RF功率检测器109的输入(即，检测二极管110的阳极)并且去掉检测二极管111来改动RF功率检测器109，在RF功率检测器109的输入处将导致无法接受的RF电压损耗以及RF功率检测器109的灵敏度的降低。因此，所需要的是这样一个RF耦合器装置，其适用于多频带无线通信装置中并且减少RF功率检测器中的零组件的重复。
图1是说明用于双频带无线电话的现有技术的发射机电路的示意图，该发射机电路使用一个RF耦合器装置，该RF耦合器装置包含并联结合的两个分开的耦合结构；图2是说明可操作在多个通信系统中的多频带无线通信装置的方框图；图3是说明图2的通信装置的发射机电路的示意图，该通信装置是双频带无线电话，该发射机电路使用RF耦合器装置，该RF耦合器装置包含具有串联连接的两个耦合器与一个端接装置的单个耦合结构；图4是说明用于图3的RF耦合器装置的第一个实施例的隔离-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第一个实施例耦合在与AMPS 800相关的频带中发射的信号；图5是说明用于图3的RF耦合器装置的第一实施例的耦合-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第一实施例耦合在与AMPS800相关的频带中发射的信号；图6是说明用于图3的RF耦合器装置的第一个实施例的隔离-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第一个实施例耦合在与TDMA 1900相关的频带中发射的信号；图7是说明用于图3的RF耦合器装置的第一实施例的耦合-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第一实施例耦合在与TDMA 1900相关的频带中发射的信号；图8是说明用于图3的RF耦合器装置的第二个实施例的隔离-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第二个实施例耦合在与AMPS 800相关的频带中发射的信号；图9是说明用于图3的RF耦合器装置的第二实施例的耦合-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第二实施例耦合在与AMPS 800相关的频带中发射的信号；图10是说明用于图3的RF耦合器装置的第二个实施例的隔离-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第二个实施例耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号；图11是说明用于图3的RF耦合器装置的第二个实施例的耦合-频率曲线，图3的RF耦合器装置的第二个实施例耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号；图12是说明使用一个匹配电路的图3的RF耦合器装置的替换实施例的示意图；图13是说明当耦合在与AMPS800相关的频带中发射的信号时用于图12的RF耦合器装置的隔离-频率曲线；图14是说明当耦合在与AMPS800相关的频带中发射的信号时用于图12的RF耦合器装置的耦合-频率曲线；图15是说明当耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号时用于图12的RF耦合器装置的隔离-频率曲线；图16是说明当耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号时用于图12的RF耦合器装置的耦合-频率曲线；图17是说明当耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号时，由图12的RF耦合器装置的匹配电路执行的阻抗变换的史密斯圆图；图18是说明使用单个电路元件的图12的匹配电路的替换实施例的示意图；图19是说明当使用图18的匹配电路和耦合在与AMPS800相关的频带中发射的信号时用于图12的RF耦合器装置的隔离-频率曲线；图20是说明当使用图18的匹配电路和耦合在与AMPS800相关的频带中发射的信号时用于图12的RF耦合器装置的耦合-频率曲线；图21是说明当使用图18的匹配电路和耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号时用于图12的RF耦合器装置的隔离-频率曲线；图22是说明当使用图18的匹配电路和耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号时用于图12的RF器装置的耦合-频率曲线；图23是说明耦合在与TDMA1900相关的频带中发射的信号的期间由图12的RF耦合器装置使用时，由图18的匹配电路执行的阻抗变换的史密斯圆图；图24-27是说明图12的匹配电路的附加的替换实施例的示意图，每个都使用多个分离的表面安装组件；图28-30是说明图3的端接装置的替换实施例的示意图；以及图31是说明用于图2的通信装置的替换的发射机电路的示意图，该通信装置是N频带无线电话，该替换的发射机电路使用图3的RF耦合器装置的替换实施例。
一种射频(RF)耦合器装置包括具有两个耦合器与一个端接装置的单个耦合结构。每一耦合器具有通过路径耦合元件和耦合路径耦合元件。第一耦合器的通过路径耦合元件是可操作的以使具有第一频带中的频率的信号通过。第二耦合器的通过路径耦合元件是可操作的以使具有第二频带中的频率的信号通过。两个耦合器的每一个的耦合路径耦合元件对经过它的各自的通过路径耦合元件的信号进行耦合。第一耦合器的耦合路径耦合元件的一端与端接装置串联连接。第一耦合器的耦合路径耦合元件的另外一端与第二耦合器的耦合路径耦合元件串联连接。通过串联连接两个耦合器，RF耦合器装置与使用单个检测二极管的RF功率检测器兼容。
多频带无线通信装置200表示在图2中。通信装置200可操作在由远程通信装置202-205代表的多个通信系统中。在说明的实施例中，通信装置200是AMPS800／TDMA1900双频带无线电话而远程通信装置202与203分别是AMPS800与TDMA1900无线基站。虽然表示为AMPS800／TDMA1900双频带无线电话，但是通信装置200可选择地可以是另外的双频带无线电话，比如GSM900／GSM1800双频带无线电话；一个操作在TDMA1900系统与800MHz TDMA IS-136数字系统("TDMA800"或者"D-AMPS800")中的TDMA双频带无线电话；一个操作在AMPS800与1900MHz码分多址(CDMA)IS-95数字系统("CDMA1900")中的双频带无线电话或者一个操作在CDMA1900与800MHz CDMA IS-95数字系统中的CDMA双频带无线电话。如果通信装置200是这些替换的双频带无线电话中的一个，则远程通信装置202和203将是相应的无线基站。
作为一个双频带无线电话，通信装置200与远程通信装置202与203的任何一个通过各自的通信链路206与207上的RF信号来进行通信。通信装置200包括天线210，耦合到天线210的接收机211，耦合到接收机211的控制部分212，耦合到控制部分212的用户接口213以及耦合到控制部分212与天线210的发射机214。接收机211通过天线210从通信链路206或者207接收RF信号并将RF信号解调。从RF信号中解调了的信息，其包括控制信息并且可以包括消息或者语音信息，通过接收机211提供到控制部分212。控制部分212控制用户接口213以便输出从报文信息中收到的该语音信息和／或数据中获得的可听的语音。输入到用户接口213的数据与语音由控制部分212格式化并且进一步通过连接215耦合到发射机214。发射机214，其对于每个频带使用单独的发送路径并在连接216上的控制部分212发送的频带选择(BAND SELECT)信号控制之下选择期望的发送路径，对格式化了的数据与语音信号进行调制并放大该已调制信号以便在期望的频带中传输。发射机214将该已调制信号放大到由TX控制(TX CONTROL)信号设置的功率电平，该TX控制信号由连接216上的控制部分212发送。发射机214将放大信号输出到天线210在通信链路206或者207上作为RF信号用于发射。由发射机214检测输出到天线210的放大信号的功率电平，该发射机214将表示实际输出功率电平的RF检测(RF DETECT)信号经连接217发送到控制部分212。控制部分212调整TX控制(TX CONTROL)信号以便使发射机214的期望的输出功率电平与RF检测(RF DETECT)信号表示的实际输出功率电平之间的差值最小化。通信装置200使用一个或多个印刷电路板(未示出)，在其上形成，构成接收机211，控制部分212，用户接口213以及发射机214的电路。
虽然描述为双频带无线电话，通信装置200也可以是一个操作在多于两个频带中的无线电话，诸如一个操作在GSM900，GSM1800与1900MHz GSM数字系统("GSM1900")中的三频带无线电话；或者一个操作在GSM900，GSM1800，D-AMPS800与D-AMPS1900中的四频带无线电话。如果通信装置200是一个三频带无线电话，则远程通信装置202与203以及与通信链路208相关的另外的远程通信装置204将是相应的无线基站。如果通信装置200是一个四频带无线电话，则远程通信装置202-204以及与通信链路209相关的另外的远程通信装置205将是相应的无线基站。
在图3中表示发射机214的发射机电路300具有两个发送路径，每个使用一个RF功率放大器。RF功率放大器302将信号放大用于在频带TX频带1(TX BAND 1)中传输而RF功率放大器303将信号放大用于在频带TX频带2(TX BAND 2)中传输。在连接304上的已调制的用于在频带TX频带1中传输的输入信号由RF功率放大器302放大以便在连接305上产生放大的RF输出信号，其确定RF功率放大器302的输出路径。发射机电路300包括RF功率放大器302的输出路径中耦合的双工器306以便执行RF隔离。在连接308上的已调制的用于在频带TX频带2中传输的输入信号由RF功率放大器303放大以便在连接309上产生放大的RF输出信号，其确定RF功率放大器303的输出路径。发射机电路300包括RF功率放大器303的输出路径中耦合的双工器310以便执行RF隔离。发射机电路300包括在图2的频带选择(BAND SELECT)信号的控制之下的开关311，以便在通信装置200在频带TX频带1中正在发射时将RF功率放大器302的输出路径连接到天线210，或者，以便在通信装置200在频带TX频带2中正在发射时将RF功率放大器303的输出路径连接到天线210。开关最好是单刀双掷开关但是也可以是其它任意装置，当通信装置200在频带TX频带1中发射时该装置可以从天线210断开RF功率放大器303的输出路径，并且当通信装置200在频带TX频带2中发射时该装置可以从天线210断开RF功率放大器302的输出路径。
发射机电路300包括RF耦合器装置312和耦合到RF耦合器装置312的RF功率检测器313。与现有技术的RF耦合器装置不同，该RF耦合器装置312具有单个耦合结构，该单个耦合结构具有全部都是串联连接的两个耦合器314与315以及一个端接装置316。耦合器314耦合在RF功率放大器302的输出路径中。耦合器314具有通过路径耦合元件318与耦合路径耦合元件319。通过路径耦合元件318具有与连接305直线连接的两个端口。耦合路径耦合元件319位于与通过路径耦合元件318接近的物理位置。耦合路径耦合元件319具有一个与端接装置316直接串联连接的隔离端口和一个与耦合器315直接串联连接的耦合端口。耦合器315耦合在RF功率放大器303的输出路径中。耦合器315具有通过路径耦合元件320与耦合路径耦合元件321。通过路径耦合元件320具有与连接309直线连接的两个端口。耦合路径耦合元件位于与通过路径耦合元件320接近的物理位置。耦合路径耦合元件321具有一个与耦合器314的耦合路径耦合元件319直接串联连接的隔离端口和一个与RF功率检测器313直接串联连接的耦合端口。端接装置316包括一个电阻器317，该电阻器317具有连接到耦合路径耦合元件319的隔离端口的一端和连接到电接地的另外一端。
该RF功率检测器313包括单个检测二极管322和一个R-C网络323。确定RF功率检测器313的输入的检测二极管322的阳极，直接串联连接到耦合器314的耦合路径耦合元件319的耦合端口。检测二极管322的阴极直接串联连接到R-C网络323，该R-C网络323包括并联连接的电容器324和电阻器325。该R-C网络323的输出形成RF功率检测器313的输出，其通过连接217耦合到图2的控制部分。
在RF功率放大器302工作期间，耦合器314的通过路径耦合元件318把由RF功率放大器302输出的放大的RF信号作为正向功率传送到天线210。该放大的RF信号的一部分被反射回通过路径耦合元件318作为反向功率。耦合器314的耦合路径耦合元件319将在通过路径耦合元件318处存在的正向功率耦合到耦合路径耦合元件319的耦合端口，而将在通过路径耦合元件318处存在的反向功率耦合到耦合路径耦合元件319的隔离端口。选择端接装置316的电阻器317，以便使其具有一个与耦合路径耦合元件319的隔离端口处的阻抗匹配的阻抗，从而消除该反向功率。在耦合路径耦合元件319的隔离端口处的正向功率通过耦合器315的耦合路径耦合元件321耦合到检测二极管322，其随同电容器324对正向功率进行半波整流以便生成与RF功率放大器302输出的放大的RF信号的幅度成比例的一个直流电压。该直流电压储存在电容器324上并且作为RF检测(RFDETECT)信号由电阻器325耦合到连接217。
在RF功率放大器303工作期间，耦合器315的通过路径耦合元件320把由RF功率放大器303输出的放大的RF信号作为正向功率传送到天线210，并且接收作为反向功率的该放大RF信号的反射部分。耦合器315的耦合路径耦合元件321把在通过路径耦合元件320处存在的正向功率耦合到耦合路径耦合元件321的耦合端口，而把在通过路径耦合元件320处存在的反向功率耦合到耦合路径耦合元件321的隔离端口。耦合路径耦合元件321的隔离端口由耦合路径耦合元件319和端接装置316的电阻器317端接以便消除在耦合路径耦合元件321的该隔离端口处的反向功率。在耦合路径耦合元件321的隔离端口处的正向功率耦合到检测二极管322，其随同电容器324对正向功率进行半波整流以便生成与RF功率放大器303输出的放大的RF信号的幅度成比例的一个直流电压。该直流电压储存在电容器324上并且作为RF检测(RF DETECT)信号由电阻器325耦合到连接217。
当耦合器314与315的阻抗与端接装置316的阻抗相同时，表示在图3中的RF耦合器装置312最适合于使用。耦合器314的耦合元件318与319以及耦合器315的耦合元件320与321最好是边缘耦合的带状传输线(edge-coupled striplines)。假设频带TX频带1是两个频带中较低的频带，比如与AMPS800相关的频带，而频带TX频带2是两个频带中较高的频带，比如与TDMA1900相关的频带，则该RF耦合器装置312的可示范性的数值是对于耦合器314，耦合元件318与319的每条带状传输线具有500mils的长度，7．5mils的宽度，50欧姆的阻抗以及与另外一条带状传输线5mils的水平间隔；对于耦合器315，耦合元件320与321的每条带状传输线具有300mils的长度，7．5mils的宽度，50欧姆的阻抗以及与另外一条带状传输线5mils的水平间隔；以及对于端接装置316，电阻器317具有50欧姆的阻抗。
正如现有技术熟知的，RF耦合器装置的效率由它的方向性来度量。方向性通常可定义为耦合器分开正向与反向功率的能力，其可以通过从RF耦合器装置的隔离减去RF耦合器装置的耦合来测量。关于此点，耦合可以定义为耦合器从通过路径耦合元件传送期望量的功率到耦合路径耦合元件的能力，而隔离可以定义为耦合器防止反向功率进入耦合路径耦合元件的耦合端口的能力。利用耦合器314与315与端接装置316的可示范性的数值，RF耦合器装置312以下列方式操作。当耦合在AMPS800的低频带中发射的RF信号时，RF耦合器装置312呈现大约-50dB的隔离，如图4中的点400所示，而呈现大约-21dB的耦合，如图5中的点500所示，以便产生大约-29dB的方向性。当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，RF耦合器装置312呈现大约-54dB的隔离，如图6中的点600所示，而呈现大约-19dB的耦合，如图7中的点700所示，以便产生大约-35dB的方向性。-29dB与-35dB的方向性可以量化为最好的。
当通信装置200是便携式或者手持式的时，在可能的地方，通信装置200使用最小尺寸的零组件以便实现约束波形因数。关于这点，耦合器314与315的每一个最好使用舷侧耦合的微带状传输线，其提供比上述的边缘耦合的带状传输线更紧凑的结构。舷侧耦合微带状传输线耦合器结构的例子在由Klomsdorf等人申请的名称为＂用于射频信号放大器的嵌入的传输线耦合器＂的美国专利No．5，448，771中介绍并描述，该专利在1995年9月5日出版并转让给本申请的受让人，Motorola公司。工作中，嵌入的舷侧耦合微带状传输线耦合器具有一个复数阻抗(即，阻抗具有实数部分与虚数部分)并且通常必须由具有复数阻抗的一个端接装置端接。
考虑在RF耦合装置312的耦合器314与315的每个中使用嵌入的舷侧耦合微带状传输线耦合器结构的下列例子。假设频带TX频带1是两个频带中较低的频带，比如与AMPS800相关的频带，而频带TX频带2是两个频带中较高的频带，比如与TDMA1900相关的频带，则该RF耦合器装置312的可示范性的数值是对于耦合器314，a)耦合元件318的微带状传输线是长300mils、宽30mils的线性形状；
b )耦合元件319的微带状传输线是调整到长300mils、宽10mils的具有310mils的有效长度的“s”形状，以及c)耦合元件318与319的微带状传输线纵向间隔9mils；对于耦合器315，a)耦合元件320的微带状传输线是长120mils、宽30mils的线性形状；b)耦合元件321的微带状传输线是调整到长120mils、宽10mils的具有130mils的有效长度的"s"形状，以及c)耦合元件320与321的微带状传输线纵向间隔9mils；以及对于端接装置316，电阻器317具有28欧姆的阻抗。
在端接装置316处的28欧姆的端接阻抗的情况下，当耦合在AMPS800的低频带中发射的RF信号时，耦合路径耦合元件319的耦合端口处的阻抗是大约28+j7，而当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时耦合路径耦合元件321的隔离端口处的阻抗是大约31+j16。
使用由耦合器314与315以及端接装置316实现的嵌入的舷侧耦合微带状传输线耦合器结构的给定可示范性的数值，RF耦合器装置312以下列方式操作。当耦合在AMPS800的低频带中发射的RF信号时，RF耦合器装置312呈现大约-47dB的隔离，如图8中的点800所示，而呈现大约-21dB的耦合，如图9中的点900所示，以便产生大约-26dB的方向性。当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，RF耦合器装置312呈现大约-32dB的隔离，如图10中的点1000所示，而呈现大约-21dB的耦合，如图11中的点1100所示，以便产生大约-11dB的方向性。当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，RF耦合器装置312的这个例子的实施例的方向性明显比RF耦合器装置312的以前的例子的实施例的方向性不足。当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，这个低方向性可以归因于RF耦合器装置312未能以适当的阻抗端接通过路径耦合元件321的隔离端口。
为了提高方向性，可以使用表示在图12中的替换的优选RF耦合器装置1200。RF耦合器装置1200使用RF耦合器装置312的大体的构造而且还包括在耦合器314与315之间串联连接的一个匹配电路1202。匹配电路1202具有传输线1204与1205以及并联电容器1206。传输线1204具有连接到耦合器314的耦合路径耦合元件319的耦合端口的一个端口以及连接到传输线1205的另一个端口。传输线1205具有连接到传输线1204的一个端口和连接到耦合器315的耦合路径耦合元件321的隔离端口的另一个端口。并联电容器1206具有耦合在传输线1204与1205的相互连接的两端口之间的一个端子并且电接地。
匹配电路1202操作为一个阻抗变换装置。在耦合在频带TX频带2中发射的RF信号期间，匹配电路1202在通过路径耦合元件321的隔离端口处提供适当的端接阻抗。在耦合在频带TX频带1中发射的RF信号期间，匹配电路1202操作为一个低损耗传输线，其对于RF功率检测器313的功率传输的影响可以忽略。假设频带TX频带1是两个频带中较低的频带，比如与AMPS800相关的频带，而频带TX频带2是两个频带中较高的频带，比如与TDMA1900相关的频带，则用于该匹配电路1202的可示范性的数值如下传输线1204具有200mils的长度，5mils的宽度以及100欧姆的阻抗；传输线1205具有300mils的长度，5mils的宽度以及100欧姆的阻抗；而电容器1206为2．2pE。为了使组件数目最小化，传输线1204与1205最好为嵌入在通信装置200的印刷电路板中的金属片，其可以由FR-4玻璃纤维原料构成。电容器1206最好是一个分立元件，其安装在印刷电路板的表面上。
利用联系图8-11描述的匹配电路1202的可示范性的数值与耦合器314与315以及端接装置316的可示范性的数值，RF耦合器装置1200以下列方式操作。当耦合在AMPS800的低频带中发射的RF信号时，RF耦合器装置1200呈现大约-47dB的隔离，如图13中的点1300所示，而呈现大约-21dB的耦合，如图14中的点1400所示，以便产生大约-26dB的方向性。当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，RF耦合器装置1200呈现大约-54dB的隔离，如图15中的点1500所示，而呈现大约-22dB的耦合，如图16中的点1600所示，以便产生大约-32dB的方向性。当耦合在TDMA1900的较高频带的边缘处发射的RF信号时，RF耦合器装置1200呈现大约-44dB的隔离，如图15中的点1502所示，而呈现大约-22dB的耦合，以便产生大约-21dB的方向性。正如可以看到的一样，当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，RF耦合装置1200的-32dB与-21dB的方向性比RF耦合器装置312的前面实施例的-11dB的方向性好很多。
RF耦合装置1200的改进的方向性可归因于当RF耦合装置1200耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，适当地端接了通过路径耦合元件321的隔离端口。参照图17进一步描述匹配电路1202的操作。耦合路径耦合元件319的耦合端口具有31+j16的复数阻抗，如图17中的点1700的规一化所示。传输线1204将复数阻抗31+j16变换为大约39+j44的复数阻抗，如图17中的点1701处的归一化所示。电容器1206进一步将大约39+j44的复数阻抗变换为大约37-j44的复数阻抗，如图17中的点1702处的归一化所示。传输线1205将大约37-j44的复数阻抗变换为大约28-j2的复数阻抗，如图17中的点1703处的归一化所示。从而，向耦合路径耦合元件321的隔离端口提供一个合适的端接阻抗。
匹配电路1202的替换实施例可以用于阻抗变换。图18表示一种仅使用单个电路元件的替换的匹配电路1800。特别，替换的匹配电路1800使用单个分离的表面安装组件，电容器1802。电容器1802串联连接在耦合元件319与321之间。假设频带TX频带1是两个频带中较低的频带，比如与AMPS800相关的频带，而频带TX频带2是两个频带中较高的频带，比如与TDMA1900相关的频带，则电容器1802的可示范性的数值是5．6pF。虽然示出的替换的匹配电路1800使用单个分离的表面安装组件，但是其可以选择地使用另外的单个电路元件实现，诸如在耦合元件319与321之间串联连接的单个嵌入的传输线。
利用联系图8-11描述的替换匹配电路1202的给定示范性数值与耦合器314与315以及端接装置316的可示范性的数值，RF耦合器装置1200以下列方式操作。当耦合在AMPS800的低频带中发射的RF信号时，这个实施例的RF耦合器装置1200呈现大约-47db的隔离，如图19中的点1900所示，而呈现大约-21dB的耦合，如图20中的点2000所示，以便产生大约-26dB的方向性。当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，这个实施例的RF耦合器装置1200呈现大约-43dB的隔离，如图21中的点2100所示，而呈现大约-22dB的耦合，如图22中的点2200所示，以便产生大约-21dB的方向性。当耦合在TDMA1900的较高频带中发射的RF信号时，参照图23进一步描述这个实施例的RF耦合装置1200。正如预先指定的一样，耦合路径耦合元件321提供大约31+j16的复数阻抗，如图23中的点2300处的归一化所示。电容器1802将大约31+j16的复数阻抗变换为大约31+j1的复数阻抗，如图23中的点2302处的归一化所示。虽然31+j1的变换的复数阻抗不是与端接装置316的27欧姆的阻抗精确地匹配，但是正如由图19-22证实的一样，这对于在这个实施例的RF耦合器装置1200的耦合路径耦合元件319与321的隔离端口处提供了足够的端接以便具有优良的方向性。但是，如图21所示，当耦合在与TDMA1900相关的频带的高边缘处发射的RF信号时，替换的匹配电路1800对于包含有被降级的方向性的这个实施例的RF耦合装置1200会施加某些限制。
图24-27的附加的替换匹配电路仅仅使用分离的表面安装组件而避免使用诸如传输线之类的嵌入的元件，为了最佳的调谐，传输线常常需要印刷电路板修订的许多累接(iteration)。图24的替换的匹配电路2400具有电感器2402与2403，其在耦合元件319与321之间串联连接；以及一个连接在电感器2402与2403的相互连接点与接地点之间的并联电容器2404。图25的替换的匹配电路2500使用了在耦合元件319与321之间串联连接的电容器2502与2503；以及一个连接在电容器2502与2503的相互连接与接地点之间的并联电容器2504。图26的替换的匹配电路2600使用了在耦合元件319与321之间串联连接的电容器2602；并联电感器2604，其连接在耦合元件319与接地点之间；以及并联电感器2605，其连接在耦合元件321与接地点之间。图27的替换的匹配电路2700使用了在耦合元件319与321之间串联连接的电感器2702；并联电容器2704，其连接在耦合元件319与接地点之间；以及并联电容器2705，其连接在耦合元件321与接地点之间。
在某些拓扑结构中，在嵌入图12的匹配电路1202的传输线1204与1205的位置，印刷电路板可能具有有限的空间。在这样的情况下，嵌入的传输线1204与1205缺乏用于所需的阻抗变换所需的物理长度。为了当传输线1204或1205的物理长度太短时进行补偿，RF耦合器装置1200的端接装置316可以使用多个组件端接网络的形式的替换电路。通常，这样的替换端接装置提供复数阻抗并且包括谐振电路以便当图2的通信装置200在频带TX频带1中或频带TX频带2中发射时提供最佳端接。替换端接装置2800表示在图28中。替换端接装置2800包括在耦合路径耦合元件319的隔离端口与接地点之间串联连接的上面的和下面的网络2801与2803。上面的网络2801包括电阻器2802和一个串联谐振电路，该串联谐振电路由电感器2804与电容器2806组成，与电阻器2802并联连接。下面的网络2803包括电阻器2808和与电阻器2808并联连接的电容器2810。选择电感器2804和电容器2806以便其具有这样的数值以使串联谐振电路调谐到频带TX频带1中的感兴趣的频率上。选择电阻器2802使其具有这样一个最优阻抗，当通信装置在频带TX频带2中发射时，其可使RF耦合器装置1200具有最佳方向性。当通信装置在频带TX频带2中发射时，为呈现给RF耦合器装置1200的阻抗的末级调谐而选择图12的电容器1206。选择下面的网络2803的电阻器2808和电容器2810具有这样一个最优阻抗，当通信装置在频带TX频带1中发射时，其使RF耦合器装置1200具有最佳方向性。假设频带TX频带1是两个频带中较低的频带，比如与AMPS800相关的频带，而频带TX频带2是两个频带中较高的频带，比如与TDMA1900相关的频带，则端接装置2800与匹配电路1202的可示范性的数值如下电阻器2802为82欧姆；电感器2804为10nH；电容器2806为3．6pF；电阻器2808为30欧姆；电容器2810为2pF；传输线1204具有45mils的长度，7mils的宽度以及50欧姆的阻抗；传输线1205具有170mils的长度，7mils的宽度以及50欧姆的阻抗；而电容器1206为1．8pF。
可补偿图12的传输线1204与1205的长度的用于图3的端接装置316的其他的替换的多个组件端接网络分别为替换端接装置2900与3000，表示在图29与30中。替换端接装置2900包括电阻器2902与2903，电感器2904与2905以及电容器2906。电阻器2902与电阻器2903并联连接。电阻器2903另外与电感器2905串联连接，电感器2905另外与由电感器2904与电容器2906组成的串联谐振电路并联连接。替换端接装置3000包括电阻器3002与3003，电感器3004以及电容器3006与3007。电阻器3002与电阻器3003并联连接。电阻器3003另外与电容器3007串联连接，电容器3007另外与由电容器3006与电感器3005组成的串联谐振电路并联连接。
除补偿图12的传输线1204与1205的长度以外，图28，29与30的替换端接装置2800，2900以及3000，也分别使开发时间和成本最小。替换端接装置2800，2900与3000应用具有暴露的触点的分离的表面安装组件，在试验台试验期间，该暴露的触点可以容易地测探。该分离的表面安装组件可以容易地替换以便使电路操作最优化。另一方面，在试验台试验期间，嵌入的传输线不易于测探并且嵌入的传输线的尺寸是随印刷电路板的当前的修订版固定的。如此，对嵌入的传输线的任何变化或者"tweaks"必须是对整个印刷电路板的修订，这增加了开发过程的时间与成本。
另外必须承认，由图12的匹配电路1202执行的阻抗变换可以由图3的端接装置316单独地执行。在这个实施例中，使用了RF耦合器装置312；但是，端接装置316的电阻器317可替换为图28的替换端接装置2800，图29的2900，图30的3000或者其他的合适的电路设备，当通信装置200在频带TX频带1中或者在频带TX频带2中发射时，其提供适当的端口端接并确保优良的耦合器方向性。
当通信装置200是一个在多于两个频带中发射的装置时，比如如上所述的三频带或四频带无线电话，则图3的RF耦合器装置312可以轻易地扩展以便在此装置中提供RF耦合。可以扩展RF耦合器装置312以便变成图31的RF耦合器装置3100而不偏离具有串联连接的耦合器的单个耦合结构并且与具有单个检测二极管的RF功率检测器兼容。为了在多于两个频带中发射，通信装置200的发射机214使用替换发射机电路3101，如图31所示。替换发射机电路3101定义了用于在频带TX频带1中发射RF信号的具有RF功率放大器3102与耦合器3106的第一发射路径，用于在频带TX频带2中发射RF信号的具有RF功率放大器3103与耦合器3107的第二发射路径，用于在频带TX频带3中发射RF信号的具有RF功率放大器3104与耦合器3108的第三发射路径，以及另外的发射路径，每个具有一个RF功率放大器与一个耦合器，直到用于在频带TX频带N中发射RF信号的具有RF功率放大器3105与耦合器3109的第n条发射路径。变量N是频带的最大数目，在其中通信装置200进行发射。耦合器3106-3109的耦合路径耦合元件3110-3113分别串联连接以便形成一条耦合器链。端接装置3114，其类似于图3的端接装置316，耦合到耦合路径耦合元件3110的隔离端口。RF功率检测器3115，其类似于RF功率检测器313，耦合到耦合路径耦合元件3113的耦合端口。可选的匹配电路3116，3117以及3118，类似于图12的匹配电路1202或分别类似于图18，24，25，26以及27的替换匹配电路1800，2400，2500，2600以及2700，可以分别在耦合器3106-3109之间串联连接。更特别地，可选的匹配电路3116，3117以及3118可以分别连接在连续的耦合路径耦合元件之间，那就是说，连接在耦合路径耦合元件3110与3111之间，连接在耦合路径耦合元件3111与3112之间以及连接在耦合路径耦合元件3112与3113之间。端接装置3114可以包括图3的电阻器317，图28的替换端接装置2800，图29的替换端接装置2900或者图30的替换端接装置3000。耦合器3106-3109，端接装置3114与可选的匹配电路3116-3118共同地形成RF耦合器装置3100。
通过只变化上述的匹配电路和／或多个组件端接网络的数值，对由于其中耦合器的特定的机械的或者电的结构引起的呈现给RF耦合器装置的宽广范围的可能的阻抗失配进行补偿是可能的。如此，必须承认，如上所述的最好使用舷侧耦合微带状传输线的图12的RF耦合器装置1200的耦合器314与315，与可以最好使用舷侧耦合微带状传输线的图31的RF耦合器装置3100的耦合器3106-3109，可以替代地使用诸如边缘耦合带状传输线之类的其他的电磁耦合装置，诸如那些使用铁氧体磁媒体的磁耦合装置，或者任何其他能够从一条传输路径到另一传输路径产生受控数目的信号传送的装置。
正如所描述的一样，图3的RF耦合器装置312，图12的RF耦合器装置1200以及图31的RF耦合器装置3100的一个优点是它们与使用单个检测二极管的RF功率检测器313或者3115的兼容性。如上所述，检测二极管被用于耦合的RF信号的半波整流。在RF功率检测器中为了温度补偿目的，使用除检测二极管以外的额外的二极管是本领域熟知的。例如，参见美国专利No．4，523，155图2中的二极管212，其是在1985年6月11日颁布的Walczak等人的，名称为"用于具有宽动态范围RF信号功率放大器的温度补偿自动输出控制电路"，该专利被转让给本申请的受让人Motorola公司。不论如何，对使用单个检测二极管的RF功率检测器313或者RF功率检测器3115的叙述都不会减弱使用具有其他RF功率检测器的RF耦合器装置312，1200以及3100的优点，这些其他的RF功率检测器使用检测二极管和用于温度补偿或者其它目的的额外的二极管。
因此，可以看出，一个使用具有串联连接的耦合器的单个耦合结构的RF耦合装置适合于多频带无线电话装置并且与使用单个检测二极管的RF功率检测器兼容。通过增加一个匹配电路和／或一个多组件端接网络，该RF耦合装置的方向性可以进一步增强，特别是关于耦合在诸如与TDMA1900相关的高频带中发射的RF信号。在已经表示并描述了许多特定实施例的同时，必须承认可以进行另外的修改。因此，在后附的权利要求中，覆盖了所有落在本发明的实际的精神和范围内的这样的改变以及修改。
权利要求
1．一种射频(RF)耦合器装置，包括端接装置；第一耦合器，该第一耦合器具有第一和第二耦合元件，该第一耦合元件使具有在第一频带中的频率的第一RF信号通过，该第二耦合元件耦合第一耦合元件通过的第一RF信号，该第二耦合元件与端接装置串联连接；以及第二耦合器，该第二耦合器具有第一和第二耦合元件，该第二耦合器的第一耦合元件使具有在第二频带中的频率的第二RF信号通过，该第二耦合器的第二耦合元件耦合第二耦合器的第一耦合元件通过的第二RF信号，该第二耦合器的第二耦合元件与第一耦合器的第二耦合元件串联连接。
2．根据权利要求1的射频(RF)耦合器装置，进一步包括在第一耦合器的第二耦合元件与第二耦合器的第二耦合元件之间串联连接的匹配电路。
3．根据权利要求2的射频(RF)耦合器装置，其中第一耦合器的第二耦合元件具有第一和第二端口，端接装置连接到第一耦合器的第二耦合元件的第一端口，匹配电路包括至少一条具有第一和第二端口的传输线，该至少一条传输线的第一端口连接到第一耦合器的第二耦合元件的该第二端口。
4．根据权利要求3的射频(RF)耦合器装置，其中第二耦合器的第二耦合元件具有第一和第二端口，和该至少一条传输线包括第一和第二传输线，该第一传输线具有第一和第二端口，第一传输线的第一端口连接到第一耦合器的第二耦合元件的第二端口，以及第二传输线具有第一和第二端口，第二传输线的第一端口连接到第一传输线的第二端口，第二传输线的第二端口连接到第二耦合器的第二耦合元件的第一端口。
5．根据权利要求3的射频(RF)耦合器装置，其中，端接装置仅仅包括单个分立组件，该单个分立组件为一个电阻器。
6．根据权利要求3的射频(RF)耦合器装置，其中，端接装置包括多组件端接网络。
7．根据权利要求2的射频(RF)耦合器装置，其中，匹配电路仅仅包括单个电路元件。
8．根据权利要求7的射频(RF)耦合器装置，其中，单个电路元件是一个电容器。
9．根据权利要求2的射频(RF)耦合器装置，其中，匹配电路仅仅包括分立的表面安装组件。
10．根据权利要求1的射频(RF)耦合器装置，其中，端接装置包括多组件端接网络。
全文摘要
适合用于多频带无线通信装置中的射频(RF)耦合器装置具有端接装置与耦合器。每一耦合器具有通过路径耦合元件和耦合路径耦合元件。通过路径耦合元件使以各自的频带(TX频带1,TX频带2)发射的RF信号通过,通信装置在这些频带中操作。耦合路径耦合元件耦合由各自的通过路径耦合元件通过的RF信号。耦合路径耦合元件与端接装置串联连接,从而允许与使用单个检测二极管的RF功率检测器兼容。
文档编号H03H7/46GK1288271SQ0012474
公开日2001年3月21日 申请日期2000年9月14日 优先权日1999年9月15日
发明者陈耀光, 戴尔·施文特, 迈克尔·兰德赫尔, 阿明·克洛姆斯朵尔夫, 迈克尔·汉德 申请人:摩托罗拉公司